নবম গ্রহের অবস্থান?

Question

আমি বেশ কয়েকটি নিউজ রিপোর্ট দেখেছি যে সূচিত করে আমাদের সৌরজগতে একটি 9 তম গ্রহ রয়েছে , এটি 10k-20k বছরের মধ্যবর্তী কক্ষপথের সাথে, যা পৃথিবীর ভর থেকে 10 গুণ বেশি। এই বস্তুটি কোথায় থাকতে পারে তার সত্যিকারের কোনও ইঙ্গিত আমি দেখিনি। যদি আমার পর্যাপ্ত টেলিস্কোপে অ্যাক্সেস থাকে তবে আমি কি এই গ্রহটি সন্ধান করতে সক্ষম হব এবং এটি খুঁজে বের করার জন্য আমি কোন উপায়ে কোন দূরবীণকে নির্দেশ করব? এটি কতদূর সম্ভব, বা এটি সুপরিচিত নয়?

Comments

না-না, প্রশ্নটি বৈধ। হাইপোটিক্যাল গ্রহটি অন্যান্য দেহের উপর প্রভাব থেকে অনুমিত হয়েছিল। এটি অনুমেয় হতে পারে যে, খুব প্রভাব থেকে এটির কক্ষপথের মধ্যে P9 এর অবস্থানটি গণনাযোগ্য (সমীকরণের জন্য এক বা একাধিক সমাধান সহ)। তো: এটা কোথায় ???

Answer 1

এটি বেশিরভাগ কক্ষপথের কক্ষপথ চলাকালীন সময়ে সাধারণ জরিপের সময় দেখা যায় না।

আপডেট: বার্ন বিশ্ববিদ্যালয়ের বিজ্ঞানীরা নীচের আমার প্রচেষ্টার চেয়ে আরও নির্ভুলতার সাথে এর সনাক্তকরণের অনুমানের জন্য প্রস্তাবিত কক্ষপথে একটি অনুমান 10 আর্থ ভর গ্রহকে মডেল করেছেন।

গ্রহণযোগ্যতাটি হ'ল নাসার ডাব্লুআইএসই মিশন সম্ভবত প্রস্তাবিত কক্ষপথে কমপক্ষে ৫০ জন পৃথিবীর জনসাধারণের একটি গ্রহকে চিহ্নিত করেছিল এবং আমাদের বর্তমান জরিপের কোনওটিই তার কক্ষপথের বেশিরভাগ কক্ষপথে 20 টিরও কম জনকে খুঁজে পাওয়ার সুযোগ পেত না। তারা গ্রহগুলির তাপমাত্রা 47 কে কে তাপমাত্রায় স্থাপনের কারণে অবশিষ্ট তাপমাত্রা রেখেছিল; যা সূর্য থেকে প্রতিফলিত দৃশ্যমান আলোয়ের চেয়ে ইনফ্রারেডে 1000x উজ্জ্বল হয়।

এটি সম্পূর্ণ হওয়ার পরে এটি এলএসএসটির নাগালের মধ্যে হওয়া উচিত (প্রথম আলো 2019, 2022 সালের শুরুতে সাধারণ ক্রিয়াকলাপ); সুতরাং প্রশ্নটি আরও কয়েক বছরের মধ্যে সমাধান করা উচিত, এমনকি যদি এটি ব্যাটিগিন এবং ব্রাউন এর প্রস্তাবিত কক্ষপথ থেকে যথেষ্ট ছিল যে সুবারু টেলিস্কোপের সাথে তাদের অনুসন্ধান খালি চলে আসে।

সনাক্তকরণের অনুমানের হ্যান্ডওয়েভের আমার মূল প্রচেষ্টা নীচে is কাগজ সম্ভাব্য কক্ষপথ পরামিতি দেয় আধা প্রধান অক্ষ জন্য, এবং 200 - 300 এইউ অনুসূর জন্য। যেহেতু কাগজটি অরবিটাল প্যারামিটারগুলির জন্য সর্বাধিক সম্ভাব্য কেস দেয় না, তাই আমি সেই চরম মামলার সাথে যাচ্ছি যা এটি সন্ধান করা সবচেয়ে কঠিন করে তোলে। এটি থেকে সর্বাধিক উদ্ভট সম্ভাব্য মান গ্রহণ করা 1500 এউ আধা-প্রধান অক্ষ এবং 200 এউ পেরিহিলিয়নের সাথে একটি কক্ষপথ দেয় 2800 এউ অ্যাফেলিয়ন।$400-1500~\textrm{AU}$$200-300~\textrm{AU}$$1500~\textrm{AU}$$200~\textrm{AU}$$2800~\textrm{AU}$

প্রতিবিম্বিত আলোর সাথে জ্বলজ্বলে কোনও বস্তুর উজ্জ্বলতা গণনা করতে, সঠিক স্কেলিং ফ্যাক্টরটি ফ্যালঅফ নয় যা নির্দোষভাবে ধরে নেওয়া যেতে পারে। এটি কোনও বস্তুর নিজস্ব আলো ছড়িয়ে দেওয়ার জন্য সঠিক; প্রতিবিম্বিত আলো দ্বারা জ্বলজ্বল এক জন্য নয়; সে ক্ষেত্রে রাডার রিটার্নের মতো একই 1 / আর 4 স্কেলিং উপযুক্ত। ব্যবহার করতে সঠিক স্কেলিং ফ্যাক্টর মানসিক সুস্থতা হতে পারে অর্থাৎ সত্য উপর ভিত্তি করে পরীক্ষিত যে আকার অনুরূপ হওয়া সত্ত্বেও নেপচুনের হয় ~ 6 এক্স ইউরেনাসের চেয়ে অপেক্ষারত গাড়ির ছোটো আলো শুধুমাত্র থাকা সত্ত্বেও 50 % অধিকতর দূরে: 1 / R $1/r^2$$1/r^4$$\sim 6x$$50\%$$1/r^4$স্কেলিংটি 1 / আর 2 এর জন্য একটি ডিমার ফ্যাক্টর বনাম 2.25 দেয় ।$5x$$2.25$$1/r^2$

ব্যবহার যে 2400x একটি ডিমিং দেয় এটি আমাদেরনেপচুন থেকে পেরিহিলিয়নে বা ১itude.৫ মাত্রারথেকে ৮.৫ মাত্রা নিচে নামিয়েছে। 500 এউ আমাদের 20 তম দৈর্ঘ্যে নিয়ে যায়, যখন একটি 2800 এউ অ্যাফেলিয়ন প্রতিবিম্বিত আলোককে প্রায় 20 প্রস্থেরদ্বারা বাড়িয়ে ২৮ মাত্রায় পরিণত হয়। এটি8 মিটার দূরবীন থেকে দৃশ্যমান অদৃশ্যতম তারাগুলিরসমতুল্য; এর অ-আবিষ্কারকে অনেক কম আশ্চর্যজনক করে তুলছে।$210~\textrm{AU}\;.$$8.5$$16.5$$500~\textrm{AU}$$20$$2800~\textrm{AU}$$20$$28$

এটি উভয় দিকেই একটি अस्पष्ट সীমানার কিছু। এর মূল অংশে তৈরি / তেজস্ক্রিয় পদার্থ থেকে অবশিষ্ট শক্তি এটিকে কিছু জন্মগত আলোকসজ্জা প্রদান করবে; চরম দূরত্বে এটি প্রতিফলিত আলোর চেয়ে উজ্জ্বল হতে পারে। আমি কীভাবে এটি অনুমান করতে পারি জানি না। এটিও সম্ভব যে অর্ট ক্লাউডের চরম শীত তার পরিবেশকে হিমশীতল করে দিয়েছে। যদি এটি ঘটে থাকে তবে এর ব্যাসটি আরও কম হবে এবং প্রতিফলিত পৃষ্ঠের হ্রাস এটিকে আরও একটি বা দুটি মাত্রার ক্রমকে দুর্বল করতে পারে।

এখানে কী ধরনের সমন্বয় করা হবে তা না জানি, আমি দুটি কারণগুলি পুরোপুরি বাতিল হয়ে গেছে এবং মূল অনুমানগুলি ছেড়ে যাচ্ছি যে এটি নেপচুনের মতোই আলোক প্রতিফলিত করে এবং প্রতিবিম্বিত আলো আমার গণনার বাকী অংশগুলির জন্য আলোকসজ্জার প্রভাবশালী উত্স ।

অবগতির জন্য, NASA- র থেকে ডেটা বিজ্ঞ পরীক্ষা মধ্যে থেকে একটি স্যাটার্ন আকারের শরীর শাসিত হয়েছে সূর্যের।$10,000~\textrm{AU}$

এটি যথাযথ গতির মাধ্যমে সনাক্ত করা খুব সম্ভবত বেহুদা; যদিও আমরা যদি তার কক্ষপথটি শক্তভাবে পিন করতে পারি তবে হাবল তার গতিটি নিশ্চিত করতে পারত।

অরবিটাল উদ্দীপনা হিসাবে গণনা করা যেতে পারে:

$$e = \frac{r_\textrm{max} - r_\textrm{min}}{2a}$$

নম্বর প্লাগিং দেয়:

$$e = \frac{2800~\textrm{AU} - 200~\textrm{AU}}{2\cdot 1500~\textrm{AU}} = 0.867$$

Plugging $200~\textrm{AU}$ and $e = 0.867$ into a cometary orbit calculator gives a $58,000$ year orbit.

While that gives an average proper motion of $22~\textrm{arc-seconds/year}\;,$ because the orbit is highly eccentric its actual proper motion varies greatly, but it spends a majority of its time far from the sun where its values are at a minimum.

Kepler's laws tell us that the velocity at aphelion is given by:

$$v_a^2 = \frac{ 8.871 \times 10^8 }{ a } \frac{ 1 - e }{ 1 + e }$$

where $v_a$ is the aphelion velocity in $\mathrm{m/s}\;,$ $a$ is the semi-major axis in $\mathrm{AU},$ and $e$ is orbital eccentricity.

$$v_a = \sqrt{\frac{ 8.871 \times 10^8 }{ 1500 } \cdot \frac{ 1 - 0.867 }{ 1 + 0.867 }} = 205~\mathrm{m/s}\;.$$

To calculate the proper motion we first need to convert the velocity into units of $\textrm{AU/year}:$

$$205 \mathrm{\frac{m}{s}}\; \mathrm{\frac{3600 s}{1 h}} \cdot \mathrm{\frac{24 h}{1 d}} \cdot \mathrm{\frac{365 d}{1 y}} \cdot \mathrm{\frac{1\; AU}{1.5 \times 10^{11}m}} = 0.043~\mathrm{\frac{AU}{year}}$$

To get proper motion from this, create a triangle with a hypotenuse of $2800~\textrm{AU}$ and a short side of $0.043~\textrm{AU}$ and then use trigonometry to get the narrow angle.

$$\sin \theta = \frac{0.044}{2800}\\ \implies \theta = {8.799×10^{-4}}^\circ = 3.17~\textrm{arc seconds}\;.$$

This is well within Hubble's angular resolution of $0.05~\textrm{arc seconds};$ so if we knew exactly where to look we could confirm its orbit even if its near its maximum distance from the sun. However its extreme faintness in most of its orbit means that its unlikely to have been found in any survey. If we're lucky and it's within $\sim 500~\textrm{AU},$ it would be bright enough to be seen by the ESA's GAIA spacecraft in which case we'll located it within the next few years. Unfortunately, it's more likely that all the GAIA data will do is to constrain its minimum distance slightly.

Its parallax movement would be much larger; however the challenge of actually seeing it in the first place would remain.

Comments

The proper motion is massive and easily detectable, but you would need JWST (or perhaps just HST) in order to measure it and they have small fields of view, so you'd need to know more-or-less where it was.

— Rob Jeffries

Actually this is just at the faint end, and of course mabe its brighter in the IR. I read that the Subaru telescope is already looking.

— Rob Jeffries

For anyone who read earlier versions, I made an ~60x error in calculating proper motion at aphelion; it would be readily observable in Hubble observations; but is probably too faint to have been picked out in any proper motion surveys.

— Dan Neely

Such a great answer. At aphelion, how bright would the sun appear from Planet Nine? astronomy.stackexchange.com/questions/13282/…

— joseph.hainline

Note here astronomy.stackexchange.com/questions/13280/… almost everyone (including me) forgot about the parallax, which is much bigger than the proper motion. It would be clearly identifiable by a large telescope within days. Gaia is all-sky, but limited to about 20th Mag.

— Rob Jeffries

Answer 2

The position of the hypothetical object is not known with any certainty, so it's hard to know where to point your telescope.

The paper proposes a wide range of orbital distances anywhere from 400 to 1500 AU semi-major axis, with a perihelion (closest approach to the sun) of 200-300AU. This is 8 times as far as Neptune. (I didn't read the article closely enough to determine whether the body would be near perihelion or not at present; it could be over 1000 AU away, 30 times Neptune's distance.)

With a mass of 10 Earths, we would expect the body to be something like 2-5 times Earth's radius -- somewhat smaller than Neptune.

The combination of distance and size suggests the body would be far fainter than Neptune, no brighter than magnitude 16.5 at perihelion, and likely much dimmer.

Comments

If the orbital period is $\sim 30,000$ years, then the proper motion on the sky will be a massive $\sim 40$ arcsecs/yr. If it were as bright at $V=16$ I'm surprised this hasn't been picked up already in photographic surveys. It might be tricky because the proper motion is too big! Either way, a candidate could be confirmed in a matter of weeks if identified.

— Rob Jeffries

I'm not much of an astronomer (I answered this Q when it was in space.sx rather than astronomy.sx). If you want to take a stab at reformulating the last paragraph, please do! I'm also not totally sure of the magnitude computation.

— Russell Borogove

See my updated answer below. The problem you and I made was using a 1/r^2 falloff with distance; when since we are talking about reflected light 1/r^4 is the correct term. As a result, even at its closest it would be far fainter than your estimate.

— Dan Neely

@DanNeely I had just figured that out myself. This is a serious error in the answer.

— Rob Jeffries

Ah! Of course. Good catch.

— Russell Borogove

Answer 3

Citing the original article:

We find that the observed orbital alignment can be maintained by a distant eccentric planet with mass $\geq \approx 10$ m⊕ whose orbit lies in approximately the same plane as those of the distant KBOs, but whose perihelion is 180° away from the perihelia of the minor bodies.

and

As already alluded to above, the precise range of perturber parameters required to satisfactorily reproduce the data is at present difficult to diagnose. Indeed, additional work is required to understand the tradeoffs between the assumed orbital elements and mass, as well as to identify regions of parameter space that are incompatible with the existing data.

So, finding out likely orbital parameters is work in progress.

Answer 4

Batygin and Brown made a website which describes the search for the 9th planet in clear terms. They specifically note the following:

perihelion (its closest approach to the sun) at around a Right Ascension in the sky of 16 hours, which means that the perihelion position is straight overhead in late May. Conversely, the orbit comes to aphelion (the furthest point from the sun) at about 4 hours, or straight overhead in late November.

So to look for it, one should look along the ecliptic, concentrating mostly on the area directly overhead in late November. Note that this is the part of the sky where the galactic center also appears. The inclination is estimated to be 30 degrees, plus or minus 20, so that distance from the ecliptic should be searched as well.

Answer 5

If you had access to a sufficient telescope, you could theoretically see it, if you looked in the right place (although no one knows where the right place might be). But if it's anywhere near aphelion there are only a handful of sufficient telescopes in the world (let's say an 8m mirror or larger), so I think it highly unlikely that you have access to one of them.

Comments

While this is technically an answer to the question, it is sparse on the things that make good answers (citations, detailed explanations, and math).

— Donald.McLean